CN105190072B - 粘性离合器和用于操作粘性离合器的方法 - Google Patents

Abstract

粘性离合器包括转子、壳体构件、定位在壳体构件和转子之间的工作腔、保持粘性流体的被构造成与转子一起旋转的贮存器、在工作腔和贮存器之间流体连通的返回孔、从贮存器到工作腔的第一通路、从贮存器到工作腔的第二通路和阀。第二通路被从第一通路间隔开，并且可以大致径向地延伸通过转子。阀被构造成用于选择性地调节通过第一通路的粘性流体的流量，并且第二通路未被阻碍，使得粘性流体可以从贮存器传输到工作腔，而不管阀的操作状态。存在于工作腔中的粘性流体可旋转地联接转子和壳体构件。

Description

粘性离合器和用于操作粘性离合器的方法

技术领域

本发明总体上涉及离合器，并且更具体地涉及粘性离合器。

背景技术

在其它用途中，粘性离合器用于多种汽车风扇驱动应用。这些离合器通常地使用相对浓稠的硅油(通常被称为剪切液体或粘性流体)，用于将转矩在两个旋转部件之间选择性地传输。可以通过选择性地允许油进入和离开离合器的定位在输入构件和输出构件之间(例如，在输入转子和输出壳体之间)的工作区域，来接合或分离离合器。阀用于控制油在输入端和输出端之间的工作区域中的流量。近来的离合器设计已经被使用，所述离合器设计允许在离合器分离时，油被存储在离合器的旋转输入部分中，以保持动能可为油获得，以允许离合器从关闭状态迅速接合。这还允许离合器具有非常低的输出速度(例如，风扇速度)，同时阀被定位成妨碍油流进工作区域中。还已经常见的是，离合器被电控制。这已经被实现，以增加离合器的可控性，并且还使离合器能够响应于车辆中的多个冷却需要。一些可能的冷却需要是冷却剂温度、进气温度、空气调节压力和油温度。

然而，粘性离合器的电控制要求大量努力来开发需要的控制算法，所述控制算法响应于操作参数来管理离合器。甚至在基本的离合器几何形状保持相同的情况下，可能针对每种应用都需要单独的控制算法。

因此，希望提供可选的粘性离合器。

发明内容

粘性离合器包括转子、壳体构件、定位在壳体构件和转子之间的工作腔、保持粘性流体的被构造成与转子一起旋转的贮存器、在工作腔和贮存器之间流体连通的返回孔、从贮存器到工作腔的第一通路、从贮存器到工作腔的第二通路和阀。第二通路被从第一通路间隔开，并且可以大致径向地延伸通过转子。阀被构造成用于选择性地调节通过第一通路的粘性流体的流量，并且第二通路未被阻碍，使得粘性流体可以从贮存器到达工作腔，而不管阀的操作状态。存在于工作腔中的粘性流体使转子和壳体构件可旋转地联接。

附图说明

图1是根据本发明的离合器的一个实施例的横截面图。

图2是离合器的一部分的横截面透视图。

图3是离合器的一部分的放大剖视图。

尽管上述附图阐述了本发明的实施例，但是其它的实施例也是预期的，如上所述。在所有情况下，本公开通过表示性和非限制性方式呈现本发明。应该理解，落入本发明原理的范围和精神内的许多其它修改例和实施例可以被本领域的技术人员设计。附图可以不按比例绘制，并且本发明的实施例和应用可以包括未在附图中具体示出的特征和部件。

具体实施方式

本发明涉及粘性离合器组件和相关联的使用方法，所述粘性离合器组件适用于用作汽车应用中的风扇离合器。总的来说，离合器(或驱动器)可以包括每个都在贮存器和工作腔之间延伸的旁通孔(或通路)和阀孔(或通路)。粘性(或剪切)流体可以引到工作腔以产生粘性剪切联接，从而在输入端和输出端之间传输转矩，诸如从发动机传输转矩到冷却风扇。返回孔可以提供用于粘性流体的从工作腔到贮存器的返回路径。旁通孔可以在所有的操作条件过程中保持打开并且未被阻碍，使得粘性流体可以从贮存器连续地穿过旁通孔到工作腔，以便在离合器输入端和输出端之间一直以(或超过)最小阈值保持粘性接合。阀可以定位成选择性地覆盖和暴露阀孔，以将额外的粘性流体选择性地引入工作腔，以将在离合器输入端和输出端之间的粘性接合增加到相对最大值。本发明的一个益处是能够提供相对简单的粘性离合器，所述粘性离合器允许多速操作而不需要提供专用控制算法以将离合器输出端与操作参数匹配，诸如冷却要求、发动机速度等。这允许单个离合器构造很容易地用于各种应用中，而不需要定制的修改。本发明的另一个益处是能够提供多速离合器操作，而不需要通常为(非粘性)摩擦离合器所需要的气动致动系统或液压致动系统。

图1是离合器30的一个实施例的横截面图，所述离合器包括轴颈托架(或安装轴)32、滑轮34、转子36、双部分壳体38、阀组件40、电磁线圈42、第一轴承组44、第二轴承组46、贮存器48、工作腔50和输出结构(例如，风扇)54。离合器30限定旋转轴线A。控制器80可以进一步被提供。离合器30可以类似于普通转让的2012/0279820号美国专利申请公开中公开的离合器，所述专利申请名称为“集成式粘性离合器”，所述专利申请通过引用被全部纳入本文。然而，应该注意，仅通过示例而非限制性方式示出了图示的实施例，并且在其它实施例中，其它的离合器构造是可能的。

轴颈托架32可以是固定到安装位置的静止(即，非旋转的)部件，诸如在车辆的发动机舱中的发动机块。应该理解，尽管被描述为“静止的”，但是轴颈托架32可以安装在移动车辆中，并且术语“静止的”在本文中相对于安装位置被使用。在图示的实施例中，轴颈托架32包括轴向延伸的轴部分32-1和大致径向延伸的凸缘部分32-2。在可替换的实施例中，离合器30可以设置有旋转轴以取代静止的轴颈托架32。轴颈托架32是结构功能性的，并且在一些实施例中还可以是磁性功能性的。

滑轮(或槽轮)34在图示的实施例中可旋转地支撑在轴颈托架32的轴部分32-1上，并且被构造成用于接受来自皮带(未示出)的旋转转矩输入。在图示的实施例中，滑轮34被定位成邻近轴颈托架32的凸缘部分32-2。此外，在图示的实施例中，滑轮34包围轴颈托架32的轴部分32-1并且通过第一轴承组44可旋转地安装在轴部分32-1上，第一轴承组44可以与滑轮34的皮带接合部分34-1轴向对准。皮带接合部分34-1的尺寸(即，直径)可以被选择成有助于向离合器30提供需要的旋转输入速度，这将被本领域的技术人员理解。滑轮34的外侧部分34-2从皮带接合部分34-1大致轴向向前延伸。

转子36连接到滑轮34的外侧部分34-2，并且从而每当该输入转矩被提供时，接受输入到离合器30的转矩输入。在一个实施例中，在转子36和滑轮34的外侧部分34-2之间提供螺纹连接。如图1所示，转子36是大致圆盘状或环状形状，并且被定位成包围轴颈托架32的轴部分32-1，大致径向向外延伸。转子36可以在常规布置中在外直径部分附近在其前侧和后侧包括多个同轴的环状肋部。一个或多个流体开口或通路可以形成穿过转子36，以允许剪切液体经过转子36的前侧和后侧之间。适当的径向延伸通道或沟槽可以形成在转子36的前表面或后表面中，以为阀组件40提供空间。

在图示的实施例中，贮存器48直接地连接到转子36，并且输入到离合器30的转矩输入使贮存器48与转子36一起旋转。贮存器48可以保持剪切液体(例如，硅油)的供应以便被离合器30使用。因为转子36是具有滑轮34的输入子组件的一部分，因而每当具有到滑轮34的旋转输入时，转子36总在旋转。转子36的旋转又在压力下将剪切液体保持在贮存器48中，从而允许剪切液体被保持在相对较高水平的动能下以有助于促进离合器30的快速接合。如下进一步所述，在流体中保持较高水平的动能减少离合器的反应时间。

在图示的实施例中的壳体38包括基部38-1和盖38-2，并且形成离合器30的输出端或转矩传送部分。在图示的实施例中，盖38-2为输出结构54(例如，风扇)提供到离合器30的安装。冷却翼片可以设置在壳体38的外部以有助于将热耗散到环境空气。在图示的实施例中，壳体38被可旋转地支撑在轴颈托架32的轴部分32-1上并且包围轴部分32-1。第二轴承组46可以将盖38-2可旋转地安装在轴颈托架32的轴部分32-1上，其中盖38-2又支撑基部38-1和输出结构54。基部部分38-1和盖部分38-2可以通过适当的紧固件被固定在一起。

工作腔50(同义称为工作区域)被限定在转子36和壳体38之间。剪切液体在工作腔50中的存在在转子36和壳体38之间产生流体摩擦联接，以接合离合器30并在输入部件和输出部件之间传输转矩。转矩传输的瞬间百分比可以根据工作腔50中的剪切液体量改变。通常地，剪切液体沿着(下文进一步描述的)第一流体路径和第二流体路径中的一个或两个从贮存器48传送到工作腔50，并且从工作腔50通过返回路径64返回到贮存器48。一个或多个适当的泵送结构可以被包括在工作腔50处或沿着工作腔50，以通过返回路径64将剪切液体动态泵送到工作腔50外。

阀组件40可以连接到转子36并且被转子36承载。在一个实施例中，阀组件40被构造成如普通转让的出版的PCT申请WO2012/024497中所述，所述PCT申请名称为“粘性离合器阀组件”，所述申请通过引用被全部纳入本文。阀组件40用于从贮存器48选择性地覆盖和暴露第一开口(或通路或出口孔)66。在一些实施例中，开口66可以限定在形成贮存器48的壁的孔板68中。开口66是端口或阀孔，当被暴露(即，打开)时，其允许剪切液体沿着第一流体路径(所述第一流体路径可以在转子36中横穿通路、沟槽、通道等)从贮存器48流到工作腔50。阀组件40可以例如使用弹簧偏压力以被偏压到打开位置。阀组件40可以包括电枢70，所述电枢定位成接近离合器30的轴线A并且接近电磁线圈42。如下进一步所述，激励电磁线圈42可以移动电枢70，使得阀组件40覆盖第一开口66。应该理解，几乎任何已知类型的电磁致动的阀组件可以用在可替换的实施例中。

电磁线圈42可以包括放置在杯状物(例如，钢杯)中的高温绝缘铜线的卷绕线圈，其用于沿着磁通量回路引导电枢70的区域中的磁通量。线圈42可以相对于轴部分32-1可旋转地固定。在图示的实施例中，线圈42包围轴颈托架32的轴部分32-1并且被其支撑，并且可以直接地装配在轴部分32-1上。线圈42的适当布线可以内部地布线穿过轴颈托架32，使得在离合器30和输出结构(例如，风扇)54前方的区域中不需要系绳或线圈安装托架。因为轴部分32-1被可旋转地固定，因而线圈42不必安装在任何轴承上。此外，在图示的实施例中，线圈42定位在壳体38内侧并且位于贮存器48中，即，与贮存器48轴向对准并且径向地定位在贮存器48的外直径内。当在操作过程中电力施加到线圈42时，由于产生的磁场，因而电枢70被朝着线圈42吸引。

图2是离合器30的一部分的横截面透视图，并且图3是离合器30的一部分的放大剖视图。图2和图3是在与图1不同的角位置处围绕轴线A截取的截面图。

如图2和图3中所示，从贮存器48到工作腔50的第二开口或额外的开口(或通路或出口孔)82被设置在与第一开口66、孔板68和阀组件40间隔开的位置处。在图示的实施例中的第二开口82提供旁通孔，所述旁通孔围绕轴线A(即，在圆周方向上)与第一开口66成角度地间隔开大于零的角度θ。在一个实施例中，角度θ约为90°。第二开口82未被阻碍，并且可以保持未被阻碍而不管阀组件40的操作状态。在图示的实施例中，没有管理通过第二开口82的流体流的阀组件。第二开口82限定从贮存器48的入口82-1、中间主体部分82-2和到工作腔50的出口82-3。在图示的实施例中，第二开口82的入口82-1在贮存器48的外直径部分处径向地定位到阀组件40外，并且出口82-3定位在转子36和工作腔50的外直径部分处。连接入口82-1和出口82-3的中间主体部分82-2可以大致径向地布置。在其它实施例中，第二开口82可以具有出口82-3或额外的出口，以在不同的或多个径向位置处将剪切液体释放进入工作腔50中。

第二开口82的直径可以被选择以提供对在需要的速度下的剪切流体流的计量，以当阀组件40在“关闭”位置处并且阻塞通过第一开口66的流体流时，提供更高或更低的输出速度。计量可以沿着第二开口82被设置在任何位置处。

在图示的实施例中，因为贮存器48与转子36一起旋转，并且每当具有输入至离合器30的转矩输入时旋转，因而由于给予剪切液体的动能，通过第二开口82的相对稳定的和一致的剪切液体流可以被提供到工作腔50。尽管剪切液体通过返回路径64从工作腔50返回到贮存器48的连续泵送，但是提供到旋转贮存器48中的剪切液体的动能还可以有助于保持相对恒定的流量。第二开口82的大致径向的定向可以有助于提供剪切液体从贮存器48到工作腔50的相对迅速的传送。此外，在图示的实施例中，因为剪切液体仅存储在单个的、通用的贮存器48中，因而剪切液体可在第一开口66和第二开口82处很容易地和相等地获得，而不需要在不同的贮存腔之间划分剪切液体，以这种方式使得可能潜在地产生不平衡的流体水平或要求诸如歧管的额外的部件，这不期望地增加了离合器的复杂度。

在操作中，离合器30提供多速操作。离合器30可以在输入端和输出端之间一直提供粘性接合，并且输出速度被选择性地控制在相对较低的接合模式和全部接合模式之间。该控制可以通过设置从单个的、通用的贮存器48到工作腔50的第一流体路径和第二流体路径被提供。通过第一开口66的第一流体路径可以使用阀组件40选择性地被打开和关闭，同时通过第二开口82的第二流体路径可以一直保持打开和未被阻碍，而不管任何阀组件的操作。剪切液体可以总是穿过第二开口82到工作腔50。这样，离合器30可以(一直)以较低输出速度操作而取代完全关闭。基本上，粘性离合器30可以用作双速装置。在汽车风扇冷却应用中，较低的速度可以用于最常规的冷却要求并且完全接合模式可以用于主要的冷却要求。然而离合器30可以保持为纯粹粘性装置，而不需要可以不期望地增加重量的任何摩擦离合器部件。此外，每当转矩输入被提供到离合器30时，低速操作模式可以被提供，而不依赖阀组件40的初始致动以达到低速接合模式。

电磁线圈42又加上阀组件40的选择性控制可以被控制器80管理，所述控制器可以是用于离合器30的专用电路或可以可选地与其它电路集成。在一个实施例中，电磁线圈42可以以低级方式或二进制开/关方式被控制器80激励，使得当线圈42被选择性地激励时，阀组件40倾向于保持在完全打开位置(默认位置)处或完全关闭位置处。在另一实施例中，可以使用来自电子发动机控制器(未示出)的脉冲宽度调制(PWM)信号来激励线圈42。PWM信号允许动态可变的平均体积的剪切流体通过第一开口66沿着第一流体路径流到贮存器48外。根据PWM信号的脉冲宽度(即，持续时间)和频率，阀组件40可以可变地调节被允许在一段时间内通过开口66流出贮存器48到达工作腔50的剪切流体量。

对于一些应用，优选的可以是仅提供二进制开/关控制。总的来说，从开关式离合器(例如，单速摩擦离合器)过渡到粘性离合器的用户需要控制环路算法，所述控制环路算法确定所需的输出速度(例如，冷却风扇速度)并且因此控制全速可变式粘性离合器。本发明允许额定全速可变式粘性离合器与简单的二进制开/关控制策略一起使用。尽管该二进制控制缺乏全速控制，但是对于许多用户而言这是足够的，因为没有资源来开发所需的控制算法，同时仍然给那些用户比标准的开关离合器更多的功能。

可能的实施例的讨论

下文是对于本发明的可能的实施例的非排外描述。

粘性离合器可以包括转子；壳体构件；工作腔，所述工作腔定位在壳体构件和转子之间，其中存在于工作腔中的粘性流体使转子和壳体构件可旋转地联接；贮存器，所述贮存器保持粘性流体，所述贮存器被构造成与转子一起旋转；返回孔，所述返回孔在工作腔和贮存器之间流体连通，以允许粘性流体从工作腔返回到贮存器；从贮存器到工作腔的第一通路；从贮存器到工作腔的第二通路，其中第二通路从第一通路间隔开，并且其中第二通路大致径向延伸穿过转子；和阀，其中阀被构造成用于选择性地调节通过第一通路的粘性流体的流量，并且第二通路未被阻碍，使得粘性流体可以从贮存器到达工作腔，而不管阀的操作状态。

前面段落的离合器可以可选地包括，另外地和/或可选地，下述的特征、构造和/或额外的部件中的一个或多个：

贮存器，所述贮存器可以直接地连接到转子；

电磁线圈，所述电磁线圈被构造成用于选择性地致动阀；和控制器，其中控制器被构造成用于管理电磁线圈的操作，使得阀可以以二进制开/关方式被致动；

所述第二通路限定从贮存器的入口和到工作腔的出口，所述入口径向地定位到阀外；和/或

所述第二通路限定从贮存器的入口和到工作腔的出口，所述入口定位在贮存器的外直径部分处。

一种用于操作粘性离合器的方法，所述方法可以包括利用输入到粘性离合器的转矩输入来旋转贮存器；通过旁通孔将粘性流体从贮存器连续传输到工作腔；致动阀以通过阀孔将粘性流体从贮存器选择性地传输到工作腔；以及使粘性流体从工作腔返回到贮存器。

前面段落的方法可以可选地包括，另外地和/或可选地，下述的步骤、构造和/或额外的特征中的一个或多个：

粘性流体可以从工作腔连续返回到贮存器；

旁通孔可以在与阀孔间隔开的位置处将粘性流体传输到工作腔；和/或

旁通孔可以将粘性流体引导到工作腔的外直径部分。

粘性离合器可以包括转子，所述转子被构造成用于接受转矩输入；壳体构件；工作腔，所述工作腔定位在壳体构件和转子之间，其中存在于工作腔中的粘性流体使转子和壳体构件可旋转地联接以传输转矩；贮存器，所述贮存器存储粘性流体的至少一部分；返回孔，所述返回孔在工作腔和贮存器之间流体连通，以允许粘性流体从工作腔返回到贮存器；从贮存器到工作腔的第一通路；从贮存器到工作腔的第二通路，所述第二通路限定从贮存器的入口和到工作腔的出口，所述入口定位在贮存器的外直径部分处，并且第二通路的入口从第一通路间隔开；以及阀，其中阀被构造成用于选择性地调节通过第一通路的粘性流体的流量，并且第二通路未被阻碍，使得粘性流体可以从贮存器传输到工作腔，而不管阀组件的操作状态。

前面段落的离合器可以可选地包括，另外地和/或可选地，下述的特征、构造和/或额外的部件中的一个或多个：

所述贮存器可以被构造成与转子一起旋转；

所述贮存器可以直接地连接到转子；

电磁线圈，所述电磁线圈被构造成用于选择性地致动阀；和控制器，其中控制器被构造成用于管理电磁线圈的操作，使得阀可以以二进制开/关方式被致动；

所述第二通路限定从贮存器的入口和到工作腔的出口，所述入口径向地定位到阀外；

所述第二通路限定从贮存器的入口和到工作腔的出口，所述入口定位在贮存器的外直径部分处；

所述出口可以定位在转子的外直径处；并且/或

第二通路可以大致径向地延伸穿过转子。

鉴于整个本发明，在本领域的技术人员将理解本发明提供优于现有技术的许多优点和益处。

本文中使用的任何相对程度的术语或多个术语，诸如“大致地”、“基本”、“总体上”等应该根据本文中明确规定的任何适用的限定或限制来理解并且服从所述限定或限制。在所有的示例中，本文中使用的任何相对程度的术语或多个术语应该被理解为广泛地包括任何相关的公开实施例，以及这种范围或变化，如本领域的技术人员鉴于本发明的全部所理解的那样，诸如包括一般的制造公差变化、偶然的对准变化、由热的、旋转的或振动的操作条件引起的对准或形状的变化等。

虽然已经参照优选的实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将认识到可以在没有脱离本发明的精神和范围的情况下对形式和细节进行改变。例如，在其它实施例中。

Claims (16)

1.一种粘性离合器，包括：

转子；

壳体构件；

工作腔，所述工作腔定位在壳体构件和转子之间，其中存在于工作腔中的粘性流体使转子和壳体构件以可旋转方式联接；

贮存器，所述贮存器保持粘性流体，所述贮存器被构造成与转子一起旋转；

返回孔，所述返回孔在工作腔和贮存器之间流体连通，以允许粘性流体从工作腔返回到贮存器；

从贮存器到工作腔的第一通路；

从贮存器到工作腔的第二通路，其中第二通路与第一通路间隔开，并且其中第二通路大致径向延伸穿过转子；和

阀，其中所述阀被构造成用于选择性地调节通过第一通路的粘性流体的流量，

其中所述第二通路未被阻碍，使得粘性流体能够从贮存器到达工作腔，而与阀的操作状态无关。

2.根据权利要求1所述的粘性离合器，其中所述贮存器直接连接到转子。

3.根据权利要求1所述的粘性离合器，进一步地包括：

电磁线圈，所述电磁线圈被构造成用于选择性地致动阀；和

控制器，其中所述控制器被构造成用于管理电磁线圈的操作，使得阀能够以二进制开/关方式致动。

4.根据权利要求1所述的粘性离合器，其中所述第二通路限定从贮存器的入口和到工作腔的出口，所述入口径向地定位到阀外。

5.根据权利要求1所述的粘性离合器，其中所述第二通路限定从贮存器的入口和到工作腔的出口，所述入口定位在贮存器的外直径部分处。

6.一种用于操作粘性离合器的方法，所述方法包括：

利用输入到粘性离合器的转矩输入旋转贮存器；

通过旁通孔将粘性流体从贮存器连续传输到工作腔；

致动阀，以通过阀孔将粘性流体从贮存器选择性地传输到工作腔；以及

使粘性流体从工作腔返回到贮存器。

7.根据权利要求6所述的方法，其中：使粘性流体从工作腔连续返回到贮存器。

8.根据权利要求6所述的方法，其中：旁通孔在与阀孔间隔开的位置处将粘性流体传输到工作腔。

9.根据权利要求6所述的方法，其中：旁通孔将粘性流体引导到工作腔的外直径部分。

10.一种粘性离合器，包括：

转子，所述转子被构造成用于接受转矩输入；

壳体构件；

工作腔，所述工作腔定位在壳体构件和转子之间，其中存在于工作腔中的粘性流体将转子和壳体构件以可旋转方式联接以传输转矩；

贮存器，所述贮存器存储粘性流体的至少一部分；

返回孔，所述返回孔在工作腔和贮存器之间流体连通，以允许粘性流体从工作腔返回到贮存器；

从贮存器到工作腔的第一通路；

从贮存器到工作腔的第二通路，其中所述第二通路限定从贮存器的入口和到工作腔的出口，所述入口定位在贮存器的外直径部分处，并且其中第二通路的入口与第一通路间隔开；和

阀，其中阀被构造成用于选择性地调节通过第一通路的粘性流体的流量，其中第二通路未被阻碍，使得粘性流体能够从贮存器传输到工作腔，而与阀的操作状态无关。

11.根据权利要求10所述的粘性离合器，其中：所述贮存器被构造成与转子一起旋转。

12.根据权利要求10所述的粘性离合器，其中：所述贮存器直接连接到转子。

13.根据权利要求10所述的粘性离合器，进一步地包括：

电磁线圈，所述电磁线圈被构造成用于选择性地致动阀；和

控制器，其中所述控制器被构造成用于管理电磁线圈的操作，使得阀能够以二进制开/关方式致动。

14.根据权利要求10所述的粘性离合器，其中：所述第二通路限定从贮存器的入口和到工作腔的出口，所述入口径向地定位到阀外。

15.根据权利要求10所述的粘性离合器，其中：所述出口定位在转子的外直径处。

16.根据权利要求10所述的粘性离合器，其中：所述第二通路大致径向延伸穿过转子。